-
TECHNISCHES GEBIET
-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen thermoelektrischen Generatorsender.
-
HINTERGRUND
-
Für das Erfassen der Temperatur, der Dehnung oder ähnlichem für eine Wartung und eine Anormalitätserfassung einer schweren Umweltbedingungen ausgesetzten Einrichtung in einer Eisenhütte, einer Fabrik oder ähnlichem ist ein Sensornetzwerksystem bekannt, das Sensorausgaben, die von einem an der Einrichtung vorgesehenen drahtlosen Sensorendgerät ausgegeben werden, sammelt.
-
Zum Beispiel gibt die Patentliteratur 1 ein drahtloses Sensorendgerät an, das enthält: ein Solarzellenmodul als eine unabhängige Stromversorgung; eine Stromversorgungsschaltung, die mit dem Solarzellenmodul verbunden ist, um eine Stromquelle zu bilden; einen Sensor, der Erfassungszielparametern (z.B. der Temperatur und der Dehnung) basierend auf einer Spannung der Stromversorgung von der Stromversorgungsschaltung erfasst; und eine Drahtlossendesignal-Erzeugungsschaltung, die ein durch den Sensor erfasstes Signal zu einem drahtlos zu sendenden Signal wandelt.
-
REFERENZLISTE
-
PATENTLITERATUR
-
Patentliteratur 1:
JP 2016-157356 A -
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
PROBLEMSTELLUNG
-
Weil jedoch bei der Technik der Patentliteratur 1 der Sensor und das Solarzellenmodul (d.h. die unabhängige Stromversorgung) in dem drahtlosen Sensorendgerät vorgesehen sind, muss eine ausreichende Leistung an einem Erfassungsteil eines Messziels erzeugt werden. Dementsprechend sind Beschränkungen für die Anordnungsposition des drahtlosen Sensorendgeräts vorgegeben und ist die tatsächliche Verwendung des drahtlosen Sensorendgeräts schwierig, wenn bestimmte Bedingungen nicht erfüllt werden.
-
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen thermoelektrischen Generatorsender vorzusehen, der eine Erfassungsoperation unter Verwendung einer unabhängigen Stromversorgung für eine lange Zeitdauer durchführen kann, wobei weniger Beschränkungen hinsichtlich der Anordnungsposition des thermoelektrischen Generatorsenders gegeben sind.
-
PROBLEMLÖSUNG
-
Gemäß einem Aspekt der Erfindung gibt ein thermoelektrischer Generatorsender ein durch einen Sensor erfasstes Erfassungssignal nach außen unter Verwendung einer thermoelektrischen Generation aus, wobei der thermoelektrische Generatorsender umfasst: einen hohlen Außenrahmen mit einer Wärmebeständigkeit und einer Durchlässigkeit für Funkwellen, wobei der Außenrahmen offene Enden aufweist; eine Wärmeempfangsplatte, die ein erstes der offenen Enden des Außenrahmens bedeckt und an einer Wärmeerzeugungsquelle oder einer Wärmeabsorptionsquelle angebracht ist; eine Radiatorplatte, die wenigstens einen Teil eines zweiten der offenen Enden des Außenrahmens bedeckt; ein säulenförmiges Glied, das auf einer Fläche der den Außenrahmen bedeckenden Wärmeempfangsplatte und/oder einer Fläche der den Außenrahmen bedeckenden Radiatorplatte steht, wobei das säulenförmige Glied derart angeordnet ist, dass es eine Wärmeübertragung zwischen dem säulenförmigen Glied und der Wärmeempfangsplatte oder zwischen dem säulenförmigen Glied und der Radiatorplatte bewerkstelligt; ein thermoelektrisches Generationsmodul, das zwischen dem auf der Wärmeempfangsplatte stehenden säulenförmigen Glied und der Radiatorplatte, zwischen dem auf der Wärmeempfangsplatte stehenden säulenförmigen Glied und dem auf der Radiatorplatte stehenden säulenförmigen Glied oder zwischen dem auf der Radiatorplatte stehenden säulenförmigen Glied und der Wärmeempfangsplatte angeordnet ist, wobei das thermoelektrische Generationsmodul Strom durch eine Temperaturdifferenz zwischen der Wärmeempfangsplatte und der Radiatorplatte erzeugt; einen Prozessor, der an einer Innenseite des Außenrahmens vorgesehen ist und durch den durch das thermoelektrische Generationsmodul erzeugten Strom betrieben werden kann und das durch den Sensor erfasste Erfassungssignal zu einer externen Vorrichtung ausgeben kann; und einen Anschluss, der das Erfassungssignal des Sensors von der externen Vorrichtung empfängt, wobei das Innere des Außenrahmens in eine Position für das thermoelektrische Generationsmodul und den Prozessor und eine Position für den Anschluss unterteilt ist.
-
Weil gemäß dem oben genannten Aspekt der Erfindung die Position für das thermoelektrische Generationsmodul und den Prozessor von der Position für den Anschluss getrennt ist, kann der Sensor an dem Anschluss angebracht werden, während das thermoelektrische Generationsmodul in einem engen Kontakt mit der Wärmeempfangsplatte, dem säulenförmigen Glied und der Radiatorplatte gehalten wird.
-
Dementsprechend kann die unabhängige Stromversorgung einen Erfassungsbetrieb über eine lange Zeitdauer hinweg durchführen, ohne die Stromerzeugung des thermoelektrischen Generatorsenders zu reduzieren.
-
Weiterhin kann der Sender Strom unter Verwendung der unabhängigen Stromversorgung in einer am besten geeigneten Umgebung erzeugen und eine ferne Erfassung eines Messziels unter Verwendung von verschiedenen an dem Anschluss angebrachten Sensoren durchführen.
-
Figurenliste
-
- 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Werkzeugmaschine, in der ein thermoelektrischer Generatorsender gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung verwendet wird.
- 2 ist eine perspektivische Ansicht des Aussehens des thermoelektrischen Generatorsenders gemäß der oben genannten beispielhaften Ausführungsform.
- 3 ist eine andere perspektivische Ansicht des Aussehens des thermoelektrischen Generatorsenders gemäß der beispielhaften Ausführungsform.
- 4 ist eine Querschnittansicht des thermoelektrischen Generatorsenders gemäß der beispielhaften Ausführungsform.
- 5 ist eine perspektivische Ansicht des internen Aufbaus des thermoelektrischen Generatorsenders gemäß der beispielhaften Ausführungsform.
- 6 ist eine perspektivische Ansicht des Aufbaus einer Leiterplatte des thermoelektrischen Generatorsenders gemäß der beispielhaften Ausführungsform.
- 7 ist eine Querschnittansicht des Aufbaus eines thermoelektrischen Generationsmoduls des thermoelektrischen Generatorsenders gemäß der beispielhaften Ausführungsform.
- 8 zeigt schematisch einen Schaltungsaufbau des thermoelektrischen Generatorsenders gemäß der beispielhaften Ausführungsform.
-
BESCHREIBUNG EINER AUSFÜHRUNGSFORM
-
Fräsmaschine 1 des Säulentyps mit einem thermoelektrischen Generatorsender 10
-
1 zeigt eine Fräsmaschine 1 des Säulentyps, in der ein thermoelektrischer Generatorsender 10 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform verwendet wird.
-
Die Fräsmaschine 1 des Säulentyps, die ein Werkstück bearbeitet, umfasst ein Bett 2, einen Tisch 3, eine Säule 4, eine Querschiene 5, einen Spindelkopf 6, eine Spindel 7 und ein Steuerpaneel 8.
-
Das Bett 2 ist eine Basis, die über eine Verankerungsschraube und ähnliches an einer Installationsposition der Fräsmaschine 1 des Säulentyps fixiert ist.
-
Der Tisch 3 ist an dem Bett 2 montiert. Ein Werkstück (ein Verarbeitungsziel) wird auf dem Bett 2 platziert.
-
Die Säule 4 weist eine Portalform auf. Beide Schenkel der Säule 4 sind beweglich entlang von seitlichen Rändern des Betts 2 angeordnet, und die Säule 4 positioniert ein Bearbeitungswerkzeug in einer Y-Richtung (d.h. einer Längsrichtung des Betts 2) relativ zu dem Werkstück.
-
Die Querschiene 5 ist derart an der Säule 4 vorgesehen, dass sie in einer vertikalen Richtung bewegt werden kann, und positioniert das Bearbeitungswerkzeug in einer Z-Richtung (d.h. in der vertikalen Richtung des Betts 2) relativ zu dem Werkstück.
-
Der Spindelkopf 6 ist an der Querschiene 5 derart vorgesehen, dass er entlang der Querschiene 5 bewegt werden kann, und positioniert das Bearbeitungswerkzeug in einer X-Richtung (d.h. in einer Breitenrichtung des Betts 2) relativ zu dem Werkstück. Ein Motor zum Drehen der Spindel 7 ist in dem Spindelkopf 6 vorgesehen.
-
Die Spindel 7, die an einem Ende des Spindelkopfs 6 vorgesehen ist und an der verschiedene Schneidwerkzeuge angebracht sind, positioniert das Werkstück.
-
Das Steuerpaneel 8 dient als eine Steuereinrichtung zum Positionieren der Säule 4, der Querschiene 5 und des Spindelkopfs 6 und zum Bearbeiten des Werkstücks mit dem an der Spindel 7 angebrachten Schneidewerkzeug. Das Steuerpaneel 8 enthält einen Prozessor und einen Speicher. Für das Bearbeiten des Werkstücks ruft das Steuerpaneel 8 ein Programm aus dem Speicher ab und führt das Programm für ein automatisches Bearbeiten des Werkstücks aus.
-
Der thermoelektrische Generatorsender 10 ist an einem den Motor enthaltenden Teil des Spindelkopfs 6 in der Fräsmaschine 1 des Säulentyps angebracht. Der thermoelektrische Generatorsender 10 enthält eine Vielzahl von Thermoelementen 11. Jedes der Thermoelemente 11 erfasst die Temperatur jeweils eines die Bearbeitungsgenauigkeit bei einer Präzisionsbearbeitung beeinflussenden Teils des Spindelkopfs 6 und misst eine Temperaturverteilung des Spindelkopfs 6.
-
Wie weiter unten erläutert, ist der thermoelektrische Generatorsender 10 ein Sender, der die durch jedes der Thermoelemente 11 erfasste Temperatur zu einer externen Vorrichtung unter Verwendung einer thermoelektrischen Generation sendet. Der thermoelektrische Generatorsender 10 umfasst: ein thermoelektrisches Generationsmodul 25 (d.h. einen unabhängigen Stromgenerator); und einen Prozessor 231, der durch das thermoelektrische Generationsmodul 25 betrieben werden kann (siehe 4). Die erfasste Temperatur wird fern verarbeitet, um einen Temperaturverteilungszustand des Spindelkopfs 6 zu analysieren.
-
Der thermoelektrische Generatorsender 10 ist an dem den Motor (d.h. die Wärmeerzeugungsquelle) enthaltenden Teil des Spindelkopfs 6 in der Fräsmaschine 1 des Säulentyps angebracht und führt eine thermoelektrische Generation unter Verwendung der durch die Drehung des Motors erzeugten Wärme durch.
-
Aufbau des thermoelektrischen Generatorsenders 10
-
2 bis 4 zeigen den thermoelektrischen Generatorsender 10 gemäß der beispielhaften Ausführungsform. 2 ist eine perspektivische Ansicht des thermoelektrischen Generatorsenders 10 von oben. 3 ist eine perspektivische Ansicht des thermoelektrischen Generatorsenders 10 von unten. 4 ist eine Querschnittansicht des thermoelektrischen Generatorsenders 10.
-
Der thermoelektrische Generatorsender 10 ist ein Sender, der ein durch jedes der Thermoelemente 11 erfasstes Erfassungssignals zu einer externen Vorrichtung mittels drahtloser Funkwellen sendet. Wie in 2 und 3 gezeigt, umfasst der thermoelektrische Generatorsender 10: einen Außenrahmen 12, eine Wärmeempfangsplatte 13, eine Radiatorplatte 14, eine Abdichtungsplatte 15 und Kabelführungen 16.
-
Der Außenrahmen 12, der ein hohler Körper mit offenen Enden ist und in einer Draufsicht rechteckig ist, ist aus einem Kunststoffmaterial (z.B. Vinylchlorid und PSS) ausgebildet, um Signale drahtlos auszugeben. Das Material des Außenrahmens 12 ist jedoch nicht auf das vorstehend genannte beschränkt. Es können auch andere Materialien verwendet werden, die eine Wärmebeständigkeit sicherstellen und eine Durchlässigkeit für Funkwellen aufweisen.
-
Die Wärmeempfangsplatte 13 ist eine rechteckige Platte aus Aluminium, die ein erstes der offenen Enden des Außenrahmens 12 bedeckt.
-
Die Wärmeaufnahmeplatte 14, die eine rechteckige Platte aus Aluminium ist, bedeckt ungefähr eine Hälfte eines zweiten der offenen Enden des Außenrahmens 12.
-
Die Dichtungsplatte 15 ist ein Glied, das einen durch die Radiatorplatte 14 unbedeckt gelassenen Teil des zweiten der offenen Enden des Außenrahmens 12 bedeckt. Die Abdichtungsplatte 15 ist eine rechteckige Platte aus Aluminium, die der Radiatorplatte 14 ähnlich ist.
-
Die Thermoelemente 11 werden durch die Kabelführungen 16 eingesteckt. Wie in 2 gezeigt, sind die Anschlüsse der Thermoelemente 11 mittels einer Schraube oder ähnlichem an Anschlussblöcken 17 in dem Außenrahmen 12 fixiert.
-
Die Anschlussblöcke 17, die an einer Rückfläche der Wärmeempfangsplatte 13 vorgesehen sind, weisen jeweils ein Schraubloch für das Fixieren eines Kabels jedes der Thermoelemente 11 auf und empfangen das Erfassungssignal jedes der Thermoelemente 11.
-
Ein O-Ring 18 (Abdichtungsglied) ist an dem zweiten der offenen Enden des Außenrahmens 12 vorgesehen. Die Abdichtungsplatte 15 bedeckt das zweite der offenen Enden des Außenrahmens 12 und ist an dem Außenrahmen 12 mittels einer Schraube oder ähnlichem fixiert, um einen fest abgedichteten Aufbau vorzusehen. Es ist zu beachten, dass wie in 4 gezeigt das mit der Wärmeempfangsplatte 13 des Außenrahmens 12 bedeckte offene Ende und das mit der Radiatorplatte 14 bedeckte offene Ende ebenfalls mit dem O-Ring 18 versehen sind, um den abgedichteten Aufbau vorzusehen.
-
Wie in 3 gezeigt, ist eine Befestigung 19 an einem peripheren Ende einer Wärmeempfangsfläche der Wärmeempfangsplatte 13 vorgesehen. Die Befestigung 19 ist an der Wärmeempfangsplatte 13 derart befestigt, dass es mit einer Schraube gedreht werden kann. Die Befestigung 19 wird um 90 Grad gedreht, sodass ein mit Löchern versehener Teil nach außen in Bezug auf die Wärmeempfangsplatte 13 vorsteht. Der thermoelektrische Generatorsender 10 kann an einer Wand des Spindelkopfs 6 (der Wärmeerzeugungsquelle) mittels einer Schraube oder ähnlichem durch dieses Loch hindurch fixiert werden.
-
Weiterhin ist ein Magnet 20 in der Nähe des Umfangs der Wärmeempfangsfläche der Wärmeempfangsplatte 13 vorgesehen, sodass der thermoelektrische Generatorsender 10 vorübergehend an der Wand des Spindelkopfs 6 (der Wärmeerzeugungsquelle) fixiert werden kann.
-
Radiatorplatte-Fixierungsschrauben 21 sind in die Umfangsenden und einen im Wesentlichen mittleren Teil der Wärmeempfangsplatte 13 eingesteckt. Die Radiatorplatte-Fixierungsschrauben 21 erstrecken sich durch den Außenrahmen 12 und sind in die weiblichen Schraublöcher (nicht gezeigt) in der Radiatorplatte 14 geschraubt, wodurch die Radiatorplatte 14 an dem Außenrahmen 12 fixiert ist.
-
Mit diesem Fixierungsaufbau der Radiatorplatte 14 kann die Radiatorplatte 14 nicht von dem Außenrahmen 12 in der gleichen Richtung wie für das Lösen der Abdichtungsplatte 15 von dem Außenrahmen 12 wie in 12 gezeigt gelöst werden.
-
Wie in 4 gezeigt ist eine Trennwand 22 in dem Außenrahmen 12 vorgesehen. Die Trennwand 22 ist eine Wand zum Trennen einer Position für die Anschlussblöcke 17 von einer Position für andere Komponenten als die Anschlussblöcke 17.
-
Wie in 4 und 5 gezeigt, ist eine Öffnung 22A unter dem Boden der Trennwand 22 definiert. Die Öffnung 22A ist derart vorgesehen, dass Signalleitungen 22B, die die Anschlussblöcke 17 mit dem Schaltungssubstrat 23 verbinden, durch die Öffnung 22A hindurchgehen. Nachdem die Signalleitungen 22B, die die Anschlussblöcke 17 und das Schaltungssubstrat 23 verbinden, durch die Öffnung 22A geführt wurden, wird die Öffnung 22A mit einem Kunstharz gefüllt und dadurch blockiert (nicht in 4 gezeigt). Durch diese Behandlung kann die Öffnung 22A abgedichtet werden, um zu verhindern, dass Fremdstoffe, die zu der Seite des thermoelektrischen Generatorsenders 10, auf der die Anschlussblöcke 17 angeordnet sind, eingedrungen sind, zu der Seite des thermoelektrischen Generatorsenders 10, auf der das Schaltungssubstrat 23 angeordnet ist, eindringen.
-
Es wird eine ausreichende Menge von Kunstharz für das Füllen der Öffnung 22A bestimmt. Ein Raum ist zwischen der Wärmeempfangsplatte 13 und der Radiatorplatte 14 gebildet, um eine Wärmebeständigkeit zwischen der Wärmeempfangsplatte 13 und der Radiatorplatte 14 sicherzustellen. Mit dieser Anordnung kann eine Temperaturdifferenz in dem thermoelektrischen Generationsmodul 25 zwischen der Wärmeempfangsplatte 13 und der Radiatorplatte 14 aufrechterhalten werden, um eine effiziente thermoelektrische Generation sicherzustellen.
-
Wie in 4 gezeigt, ist das Schaltungssubstrat 23 mit der Fläche, an der Schaltungselemente installiert sind, nach unten gerichtet fest an einer Rückfläche der Radiatorplatte 14 fixiert. Wie in 6 gezeigt, sind der Prozessor 231, eine Verstärkerschaltung 232 und ein Steckbolzen 233 an dem Schaltungssubstrat 23 installiert.
-
Der Prozessor 231 wandelt ein Erfassungssignal von den Thermoelementen 11 zu einem Temperaturerfassungssignal und kann das erhaltene Temperaturerfassungssignal drahtlos zu einer externen Vorrichtung ausgeben.
-
Die Verstärkerschaltung 232 verstärkt das von den Thermoelementen 11 erhaltene Erfassungssignal und gibt das verstärkte Erfassungssignal zu dem Prozessor 231 aus.
-
An dem Steckbolzen 233 ist eine LED angebracht. Die LED wird EIN oder AUS geschaltet in Reaktion auf eine Eingabe und eine Ausgabe des Signals an dem Prozessor 231.
-
Wie in 4 gezeigt, steht ein säulenförmiges Glied 24 auf einer Fläche der die Öffnung des Außenrahmens 12 bedeckenden Wärmeempfangsplatte 13. Das säulenförmige Glied 24 ist ein aus Aluminium bestehender säulenförmiger Körper, der einstückig mit der Wärmeempfangsplatte 13 ausgebildet ist. Das thermoelektrische Generationsmodul 25 ist zwischen dem säulenförmigen Glied 24 und der Radiatorplatte 14 angeordnet.
-
Wie in 7 gezeigt, umfasst das thermoelektrische Generationsmodul 25 Substrate 251, Elektroden 252 und thermoelektrische Elemente 25P, 25N.
-
Die Substrate 251 sind paarweise in der Form einer Keramikfolie, einer Polyimidfolie oder ähnlichem jeweils auf einer Hochtemperaturseite und eine Niedrigtemperaturseite des thermoelektrischen Generationsmoduls 25 derart angeordnet, dass sie einander zugewandt sind.
-
Die Elektroden 252 sind an gegenüberliegenden Flächen der entsprechenden Substrate 251 vorgesehen und aus einem Metallmaterial wie etwa Kupfer ausgebildet.
-
Die thermoelektrischen Elemente 25P, 25N sind zwischen den gegenüberliegenden Elektroden 252 angeordnet. Die thermoelektrischen Elemente 25P des P-Typs und die thermoelektrischen Elemente 25N des N-Typs sind alternierend angeordnet.
-
Endflächen der thermoelektrischen Elemente 25P des P-Typs und der thermoelektrischen Elemente 25N des N-Typs sind an die Elektroden 252 gelötet, sodass das thermoelektrische Generationsmodul 25 eine Schaltung bildet, an welcher die thermoelektrischen Elemente 25P des P-Typs und die thermoelektrischen Elemente 25N des N-Typs alternierend in Reihe verbunden sind.
-
Eine stark thermisch leitende Kohlenstoffschicht, ein Wärmeübertragungskleber 26 oder ähnliches ist zwischen dem säulenförmigen Glied 24 und einem der Substrate 251 des thermoelektrischen Generationsmoduls 25 und zwischen der Radiatorplatte 14 und dem anderen der Substrate 241 angeordnet.
-
Die Kohlenstoffschicht, der Wärmeübertragungskleber 26 oder ähnliches funktioniert als eine Wärmeübertragungsschicht, die von der Wärmeempfangsplatte 13 übertragene Wärme des säulenförmigen Glieds 24 zu dem entsprechenden der Substrate 251 überträgt, während sie Wärme des anderen (d.h. des oberen) der Substrate 251 zu der Radiatorplatte 14 überträgt, um die Wärme abzustrahlen. Mit anderen Worten sind das säulenförmige Glied 24, das thermoelektrische Generationsmodul 25 und die Radiatorplatte 14 derart miteinander verbunden, dass sie Wärme zueinander übertragen können.
-
In dem thermoelektrischen Generationsmodul 25 mit dieser Anordnung empfängt das untere der Substrate 251 Wärme von dem säulenförmigen Glied 24, während das obere der Substrate 251 die Wärme zu der Radiatorplatte 14 überträgt, sodass eine Temperaturdifferenz zwischen dem Paar von Substraten 251 erzeugt wird.
-
Die Temperaturdifferenz veranlasst Seebeck-Effekte für das Erzeugen einer elektromotorischen Kraft in der durch die thermoelektrischen Elemente 25P des P-Typs und die thermoelektrischen Elemente 25N des N-Typs gebildeten Schaltung, was zu einer thermoelektrischen Generation führt.
-
8 zeigt einen Schaltungsaufbau des thermoelektrischen Generatorsenders 10. Das thermoelektrische Generationsmodul 25 ist elektrisch mit dem Prozessor 231 und der Verstärkerschaltung 232 über eine Stromversorgungsschaltung 27 verbunden.
-
Die Stromversorgungsschaltung 27 enthält einen Kondensator 271, einen Aufwärtstransformator 272 und einen DC/DC-Wandler 273.
-
Der durch das thermoelektrische Generationsmodul 25 erzeugte Strom wird in seiner Spannung durch den Aufwärtstransformator 272 und den DC/DC-Wandler 273 erhöht und in den Kondensator 271 geladen.
-
Die Stromversorgungsschaltung 27 überwacht einen Schwellwert einer Ladespannung des Kondensators 271. Wenn die Ladespannung einen vorbestimmten Ausgabewert überschreitet, wird ein Signal von Vout2 des DC/DC-Wandlers 273 zu dem Prozessor 231 und der Verstärkerschaltung 232 ausgegeben, um dadurch den Prozessor 231 und die Verstärkerschaltung 232 zu betreiben. Die Verstärkerschaltung 232 verstärkt das von den Thermoelementen 11 erhaltene Erfassungssignal und gibt das verstärkte Erfassungssignal zu dem Prozessor 231 aus.
-
Der Prozessor 231 speichert das Erfassungssignal in einem Speicher, wandelt das Erfassungssignal zu einem vorbestimmten Format und gibt anschließend das Temperaturerfassungssignal zu einer externen Vorrichtung über ein eingebautes drahtloses Modul aus. Es ist zu beachten, dass das Timing für das Ausgeben des Temperaturerfassungssignals zu der externen Vorrichtung von der Temperatur der Wärmeerzeugungsquelle abhängt, weil eine Ladespannung von über 3 V die Ausgabe des Temperaturerfassungssignals auslöst. Wenn der durch das thermoelektrische Generationsmodul 25 erzeugte Strom groß ist, überschreitet die Ladespannung in dem Kondensator 271 den Wert von 3V häufiger. Dementsprechend wird das Temperaturerfassungssignal mit kurzen Abständen ausgegeben. Das ausgegebene Temperaturerfassungssignal wird durch einen Empfänger der externen Vorrichtung empfangen.
-
Verfahren zum Anordnen des thermoelektrischen Generatorsenders 10
-
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Anordnen des thermoelektrischen Generatorsenders 10 an der Fräsmaschine 1 des Säulentyps beschrieben.
-
Der thermoelektrische Generatorsender 10 wird unter Verwendung des Magneten 20 an einem Punkt des Spindelkopfs 6 der Fräsmaschine 1 des Säulentyps angebracht, wobei der Punkt die höchste Temperatur an dem Spindelkopf 6 mit dem darin aufgenommenen Motor aufweist.
-
Anschließend wird geprüft, ob der Empfänger das drahtlos von dem Prozessor 231 ausgegebene Signal empfangen kann.
-
Nachdem bestimmt wurde, dass der Empfänger das Signal von dem Prozessor 231 empfangen kann, wird die Abdichtungsplatte 15 unter Verwendung eines Schraubendrehers oder ähnlichem entfernt und werden die Thermoelemente 11 in die Anschlussblöcke 17 geschraubt.
-
Ein durch die Kabelführungen 16 gezogenes Ende jedes der Thermoelemente 11 wird an einem Messteil des Spindelkopfs 6 angebracht. Indem das Befestigungsglied 19 gedreht wird, wird der thermoelektrische Generatorsender 10 fest an dem Spindelkopf 6 der Fräsmaschine 1 des Säulentyps unter Verwendung einer Schraube oder von ähnlichem fixiert. Anschließend wird die Messung gestartet.
-
Betrieb und Vorteile der beispielhaften Ausführungsform
-
In der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsform ist die Position für das thermoelektrische Generationsmodul 25 und den Prozessor 231 von der Position für die Anschlussblöcke 17 getrennt. Während bei dieser Anordnung das thermoelektrische Generationsmodul 25 in einem engen Kontakt mit dem säulenförmigen Glied 24 und der Radiatorplatte 14 gehalten wird, können die Anschlüsse der Thermoelemente 11 an den entsprechenden Anschlussblöcken 17 angebracht werden. Dementsprechend kann eine unabhängige Stromversorgung einen Erfassungsbetrieb über eine lange Zeitdauer durchführen, ohne die Stromerzeugung des thermoelektrischen Generatorsenders 10 zu reduzieren.
-
Und weil insbesondere die Trennwand 22 in dem thermoelektrischen Generatorsender 10 vorgesehen ist und die Öffnung 22A mit dem Kunstharz gefüllt ist, kann ein Luftfluss zwischen dem Raum, in dem das thermoelektrische Generationsmodul 25 und der Prozessor 231 angeordnet sind, und dem Raum, in dem die Anschlussblöcke 17 angeordnet sind, vollständig blockiert werden. Dementsprechend kann vollständig verhindert werden, dass Staub zu dem thermoelektrischen Generationsmodul 25 und dem Schaltungssubstrat 23 eindringt, wodurch ein Ausfall des thermoelektrischen Generationsmoduls 25 und des Schaltungssubstrats 23 verhindert werden kann.
-
Weil der Magnet 20 an der Wärmeempfangsplatte 13 vorgesehen ist, kann der thermoelektrische Generatorsender 10 vorübergehend an einer Anordnungsfläche der Wärmeerzeugungsquelle fixiert werden, um zu prüfen ob der Empfänger das Erfassungssignal empfängt. Anschließend wird der thermoelektrische Generatorsender 10 fest an dem geeignetsten Punkt des Motors (d.h. der Wärmeerzeugungsquelle) fixiert und werden dann die Thermoelemente 11 an den geeignetsten Positionen befestigt, sodass eine Messung durchgeführt werden kann.
-
Weil die O-Ringe 18 an den offenen Enden des Außenrahmens 12 vorgesehen sind, bilden die Wärmeempfangsplatte 13, die Radiatorplatte 14 und die Abdichtungsplatte 15, die die offenen Enden des Außenrahmens 12 bedecken, einen abgedichteten Aufbau. Weil diese Anordnung verhindert, dass Fremdstoffe (z.B. Metallteile) in das Innere des thermoelektrischen Generatorsenders 10 eindringen, kann der thermoelektrische Generatorsender 10 eine durch die Thermoelemente 11 gemessene Temperatur über eine lange Zeitdauer basierend auf der unabhängigen Stromversorgung ausgeben.
-
Modifikationen der beispielhaften Ausführungsform
-
Es ist zu beachten, dass der Erfindungsumfang nicht auf die oben beschriebene beispielhafte Ausführungsform beschränkt ist und verschiedene Modifikationen und Verbesserungen an dieser umfasst, solange die Modifikationen und Verbesserungen mit der Erfindung kompatibel sind.
-
In der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsform werden die Thermoelemente 11 als der Sensor verwendet, wobei jedoch auch ein beliebiger anderer Sensor verwendet werden kann. Zum Beispiel kann in einigen Ausführungsformen ein anderer Typ von Sensor wie etwa ein Thermistor und ein Dehnungsmessstreifen für die Signalausgabe verwendet werden.
-
In der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsform steht das säulenförmige Glied 24 auf der Fläche der die Öffnung des Außenrahmens 12 blockierenden Wärmeempfangsplatte 13 und ist das thermoelektrische Generationsmodul 25 zwischen dem säulenförmigen Glied 24 und der Radiatorplatte 14 angeordnet. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anordnung beschränkt.
-
Insbesondere steht in einigen Ausführungsformen ein säulenförmiges Glied auf der Fläche der die Öffnung des Außenrahmens 12 blockierenden Wärmeempfangsplatte 13 und steht ein anderes säulenförmiges Glied auf der Fläche der die Öffnung des Außenrahmens 12 blockierenden Radiatorplatte 14 und ist das thermoelektrische Generationsmodul 25 zwischen den säulenförmigen Gliedern angeordnet. Alternativ dazu steht ein säulenförmiges Glied auf der Fläche der die Öffnung des Außenrahmens 12 blockierenden Radiatorplatte und ist das thermoelektrische Generationsmodul 25 zwischen dem säulenförmigen Glied und der Wärmeempfangsplatte 13 angeordnet.
-
Weiterhin sind in der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsform die Wärmeempfangsplatte 13 und das säulenförmige Glied 24 einstückig ausgebildet. In einigen Ausführungsformen können die Wärmeempfangsplatte 13 und das säulenförmige Glied 24 aber auch in separaten Körpern ausgebildet sein und ist der Wärmeübertragungskleber zwischen der Wärmeempfangsplatte 13 und dem säulenförmigen Glied 24 angeordnet, um eine Wärmeübertragung zu bewerkstelligen.
-
In der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsform ist der thermoelektrische Generatorsender 10 auf die Fräsmaschine 1 des Säulentyps angewendet. Der thermoelektrische Generatorsender 10 kann aber auch auf beliebige andere Maschinen angewendet werden. Zum Beispiel wird in einigen Ausführungsformen der thermoelektrische Generatorsender 10 auf eine externe Einrichtung angewendet.
-
In der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsform wird der thermoelektrische Generatorsender 10 durch die Wärme des Motors (d.h. der Wärmeerzeugungsquelle) des Spindelkopfs 6 betrieben. Die Wärmerzeugungsquelle ist jedoch nicht auf den Motor beschränkt. Zum Beispiel ist in einigen Ausführungsformen eine Wärmeabsorptionsquelle in einem engen Kontakt mit der Wärmeempfangsplatte 13, während die Radiatorplatte 14 einer höheren Temperatur ausgesetzt ist. Bei dieser Anordnung müssen jedoch die Drähte der Stromversorgungsschaltung 27 neu angeordnet werden, weil das elektrische Potential des durch das thermoelektrische Generationsmodul 25 erzeugten Stroms umgekehrt ist.
-
Weiterhin können die spezifischen Anordnungen und Konfigurationen beliebig verändert werden, solange die Modifikationen und Verbesserungen mit der Erfindung kompatibel sind.
-
Bezugszeichenliste
-
1 ... Fräsmaschine des Säulentyps; 2 ... Bett; 3 ... Tisch; 4 ... Säule; 5 ... Querschiene; 6 ... Spindelkopf; 7 ... Spindel; 8 ... Steuerpaneel; 10 ... thermoelektrischer Generatorsender; 11 ... Thermoelemente; 12 ... Außenrahmen; 13 ... Wärmeempfangsplatte; 14 ... Radiatorplatte; 15 ... Abdichtungsplatte; 16 ... Kabelführung; 17 ... Anschlussblock; 18 ... O-Ring; 19 ... Befestigung; 20 ... Magnet; 21 ... Radiatorplatte-Fixierungsschraube; 22 ... Trennwand; 22A ... Öffnung; 22B ... Signalleitung; 23 ... Schaltungssubstrat; 24 ... säulenförmiges Glied; 25 ... thermoelektrisches Generationsmodul; 25N ... thermoelektrisches Element; 25P ... thermoelektrisches Element; 26: Wärmeübertragungskleber; 27 ... Stromversorgungsschaltung; 231 ... Prozessor; 232 ... Verstärkerschaltung; 233 ... Steckbolzen; 251 ... Substrat; 252 ... Elektroden; 271 ... Kondensator; 272 ... Aufwärtstransformator; 273 ... DC/DC-Wandler.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
